TWI608167B - 用於軌道載具之無油式空氣壓縮機 - Google Patents

用於軌道載具之無油式空氣壓縮機 Download PDF

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Description

用於軌道載具之無油式空氣壓縮機 發明領域
本發明係有關於一適以使用在軌道載具上以將壓縮空氣供應至與軌道載具相聯結的氣壓單元之空氣壓縮機的領域,且特別有關在一軌道載具上用於將壓縮空氣供應至與軌道載具相聯結的不同氣壓單元之無油式空氣壓縮機。
相關技藝描述
通常,一氣壓系統係被提供用於一軌道載具,據以操作該軌道載具的煞車。使用一空氣壓縮機以將壓縮空氣供應至煞車操作中所涉及之與軌道載具相聯結的一或多個氣壓單元。空氣壓縮機通常係由一諸如電動馬達等驅動單元、及一壓縮機單元所組成,壓縮機單元典型係由被一曲柄軸驅動的數個活塞-缸配置所組成。曲柄軸係由驅動單元所驅動並包括連接桿以將驅動單元的旋轉運動轉換成用於各活塞的線性運動,以將壓縮空氣供應至下游單元。螺旋器型空氣壓縮機一般亦為此用途的領域所習知,且亦被包括在本發明的範圍內。尚且,使用在軌道載具上之空氣壓縮機單元係可具有一單階段或者一包含至少一低壓力階段及一高壓力階段的多階段構造。
軌道載具領域中所使用的空氣壓縮機可能承受連續操作或頻繁的開關操作。在任一操作模式中,壓縮機操作期間的摩擦係導致高熱量產生。結果,在過去,主要使用在軌道載具領域中的空氣壓縮機係使用油潤滑劑來確保操作期間的充分冷卻。然而,油潤滑方式係具有潤滑油會穿透過通常在活塞空氣壓縮機實例中位居壓縮機單元的殼體中之活塞-缸介面且進入氣壓系統內的危險,其可能導致油弄髒軌道載具上的氣壓操作式煞車單元。尚且,在一氣壓系統的所需要空氣乾燥期間發生之凝結物將典型含有一些基於環保因素必須被收集的油。此凝結物典型被儲存在可加熱容器中並必須以規律間隔排出及棄置。此收集製程導致增加的維護及棄置支出、暨高油耗。除了上述困難,若油潤滑式壓縮機單元不常使用或僅使用有限的時間期間,如同冷天候操作期間的情形,則這些油潤滑式壓縮機單元的油迴路中會發生乳劑形成。
近來,乾運轉空氣壓縮機已日益使用在軌道載具領域。乾運轉空氣壓縮機係在殼體中並無潤滑油下操作並可說是“無油”。在無油式空氣壓縮機的實例中,活塞移行路徑上的潤滑係以一特低摩擦動態密封配置所取代。所有旋轉組件通常配置於滾子軸承中。經包封的滾子軸承係設有一溫度安定性長效滑脂充填。在閥領域中,大致上避免可滑引導式組件。因為這些措施,空氣壓縮機單元中不需要油潤滑。因此亦可排除被壓縮空氣的油弄髒之危險。由於免除油迴路的緣故,無油式空氣壓縮機可具有一相對較輕的構造。在軌道載具領域中,現今的趨勢係朝向較輕的構造,且輕載體結構亦日益使用於框架構造。然而,此等輕載體結構常具有與配置其上之氣壓系統的空氣壓縮機轉速相接近之一數量的不利自然頻率。因此,難以充分觀察關於可允許的結構產生式雜訊位準之所需要的規格。
發證予哈托(Hartl)等人的美國專利案No. 6,776,587及發證予麥爾(Meyer)等人的7,059,841係為有關於無油式空氣壓縮機科技的專利案。麥爾(Meyer)等人的專利案係揭露用於將壓縮空氣供應至指派予一軌道載具的氣壓單元之該軌道載具上的一無油式壓縮機裝備之一配置。該配置係包括一無油式空氣壓縮機及一與該空氣壓縮機連接的冷卻器單元。該配置亦包括一具有一包含至少一開口的地板之軌道載具。空氣壓縮機在至少一側上被緊固至載具地板,使得空氣壓縮機的一主要旋轉軸線相對於載具地板實質呈垂直配置。哈托(Hartl)等人的專利案係揭露一用於一雙階段活塞空氣壓縮機之活塞配置,其包括一曲柄軸及數個活塞-缸。該配置係容許形成二或更多個低壓力階段及至少一個高壓力階段。該配置係容許二或更多個低壓力缸對於高壓力階段配置的方式使得該等二或更多個低壓力缸呈現同相位或偏移小於一預定量並在對於高壓力缸的一或多者偏移另一預定量之一位置中壓縮。
發證予哈托(Hartl)等人的美國專利申請案公開No.2007/0292289係揭露一包括一活塞及一缸之壓縮機活塞,一藉由一滾子軸承將活塞連接至一曲柄箱中的一曲柄軸之連接桿,一空氣入口線,及位於一缸頭中的一空氣出口線。空氣入口線及曲柄箱之間的一管連接件係將冷卻空氣從入口線運送至曲柄箱。管連接件係為缸的外部。一入口閥係連接至管連接件,當曲柄箱中的壓力小於空氣入口線中的壓力時則其開啟;並且一出口閥係連接至曲柄箱,當曲柄箱中的壓力超過一預定值時則其開啟。
並且,發證予哈托(Hartl)等人的美國專利申請案公開No. 2009/0016908係揭露一用於產生壓縮空氣的多缸乾運轉活塞壓縮機。活塞壓縮機係包括一具有一內部的曲柄箱及一被可旋轉地安裝在曲柄箱中的曲柄軸。亦包括有安裝在曲柄軸上且組構為彼此反向運轉之二個連接桿。進一步包括有被安裝在曲柄箱中之二個缸,及配置於各連接桿的一端點且組構為在兩缸各者中運轉之一活塞。
發明概要
在一實施例中,一用於軌道載具之無油式壓縮機係包括一包含至少一第一殼體部分及一第二殼體部分之壓縮機殼體,一被支撐於壓縮機殼體中的一第一開口中之第一活塞缸,一被支撐於壓縮機殼體中的一第二開口中且流體連接至第一活塞缸之第二活塞缸,及一由壓縮機殼體所支撐且藉由各別連接桿被連結至第一及第二活塞缸的活塞之多件式曲柄軸總成。
第一殼體部分及第二殼體部分可形成壓縮機殼體的各別半部並可以機械緊固件被固接在一起。第一活塞缸可大於第二活塞缸。曲柄軸總成可包含一曲柄軸中心段及兩端段。端段可含有配重。曲柄軸中心段的相對端點可被固接在端段中的各別腔穴內。曲柄軸中心段可包含與一第二臂段呈偏移之一第一臂段,且臂段的各者可界定一用於接收與各別連接桿相聯結的一軸承之周緣凹部。端段可被安裝至曲柄軸中心段以固接與各別連接桿相聯結的軸承。
在另一實施例中,用於軌道載具之無油式壓縮機係包括一多件式壓縮機殼體,一被支撐於壓縮機殼體中的一第一開口中之第一活塞缸,一被支撐於壓縮機殼體中的一第二開口中且流體連接至第一活塞缸之第二活塞缸,及一由壓縮機殼體所支撐且藉由各別連接桿被連結至第一及第二活塞缸的活塞之多件式曲柄軸總成。連接桿可連接至與各活塞相聯結的一肘銷,且肘銷分別由一乾潤滑劑襯套支撐至相聯結的活塞。
壓縮機殼體可包含至少一第一殼體部分及一第二殼體部分。第一殼體部分及第二殼體部分可形成壓縮機殼體的各別半部且可以機械緊固件被固接在一起。第一活塞缸可大於第二活塞缸。曲柄軸總成可包含一曲柄軸中心段及兩端段。端段可含有配重。曲柄軸中心段的相對端點可被固接在端段中的各別腔穴內。曲柄軸中心段可包含與一第二臂段呈偏移之一第一臂段,且臂段的各者可界定一用於接收與各別連接桿相聯結的一軸承之周緣凹部。端段可被安裝至曲柄軸中心段以固接與各別連接桿相聯結的軸承。乾潤滑劑襯套可塗覆有聚醚醚酮(polyether ether ketone,即PEEK)或包含一PEEK襯墊。
將連同附圖閱讀本文提供的詳細描述而得知其他細節及優點。
圖式簡單說明
第1圖是連同一驅動馬達及冷卻風扇所顯示之一用於軌道載具的無油式空氣壓縮機之立體圖;第2圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之第一立體及隔離圖;第3圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之第二立體及隔離圖;第4圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之第三立體及隔離圖;第5圖是第4圖中沿著線5-5所取之剖視圖;第6圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之縱剖視圖;第7圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之一活塞的分解立體及隔離圖;第8圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之一經組裝活塞的剖視圖;第9圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之一多組件式壓縮機殼體的分解立體圖;第10圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之一多組件式曲柄軸總成的立體圖;第11圖是第10圖的多組件式曲柄軸總成之縱剖視圖;第12圖是用於第1圖所示的無油式空氣壓縮機的三缸實施例之多組件式曲柄軸總成的另一實施例之分解立體圖;第13圖是根據另一實施例之多組件式曲柄軸的剖視圖。
較佳實施例之詳細說明
對於下文描述之目的,所使用的空間性定向用語將有關於如同在附圖中被定向或另在下列詳述中描述之所參照的實施例。然而,請瞭解:下述的實施例可採行許多替代變異及組態。亦請瞭解:圖式所示及本文所述的特定組件、裝置及特徵構造純屬示範性而不應視為限制性。
參照第1至6圖,顯示根據一實施例的一空氣壓縮機2。如圖所示,空氣壓縮機2係為一包含至少一第一活塞-缸10及一第二活塞-缸100之多缸空氣壓縮機2。各別的第一及第二活塞-缸10、100(下文稱為“第一活塞缸10”及“第二活塞缸100”)係由一壓縮機殼體或曲柄箱170所支撐並各由一配置於壓縮機殼體170內且由壓縮機殼體170可旋轉地支撐之曲柄軸總成240所驅動。本文詳細地描述空氣壓縮機2的上述組件。
如第5圖的剖視圖所示,第一及第二活塞缸10、100係具實質相同的構造,其中第一活塞缸10運作作為多缸空氣壓縮機2中的第一缸且第二活塞缸100運作作為第二缸。第一活塞缸10概括大於第二活塞缸100並具有比第二活塞缸100整體更大的直徑。第一活塞缸10包含一圓柱形殼體12,圓柱形殼體12係具有一適以如本文所述被插入壓縮機殼體170中的一對應開口內之第一端點14、及一第二端點16。圓柱形殼體12係形成有一位居第一端點14近向以與壓縮機殼體170外部構成介面之凸緣18。散熱鰭片19可設置於圓柱形殼體12周圍,且圓柱形殼體12可由諸如鋁等提供充分強度及散熱特徵的任何適當材料形成。
一缸頭20被固接至圓柱形殼體12的第二端點16。缸頭20概括包含一閥板22及一空氣連接單元24,其中空氣連接單元24經由機械緊固件26將閥板22固接在圓柱形殼體12的第二端點16上。一額外的機械緊固件27將閥板22固接至空氣連接單元24。空氣連接單元24包含一空氣入口埠28。一空氣攝入線30從空氣入口埠28延伸且連接至壓縮機殼體170,如本文所述。空氣連接單元24進一步包含一空氣出口埠32。一空氣連接線34從空氣出口埠32延伸以直接抑或間接地流體耦合至一設置於第二活塞缸100上的空氣入口埠,如本文所述。此外,閥板22係包含一習見的簧片閥總成(未圖示)以准許空氣流經由空氣攝入線30及空氣入口埠28進入圓柱形殼體12內並經由空氣出口埠32及空氣連接線34從圓柱形殼體12驅出,以將加壓空氣提供至第二活塞缸100。空氣連接單元24、空氣攝入線30、及空氣連接線34可由諸如鋁等提供充分強度及熱轉移特徵的任何適當材料形成。圓柱形殼體12界定一內部表面36。
額外參照第7至8圖,第一活塞缸10進一步包含一可在圓柱形殼體12內往復操作之活塞40。活塞40係包含一第一端點42及一第二端點44,並由諸如鋁等提供充分強度及熱轉移特徵的任何適當材料製成。一或多個磨耗帶或環46係設置於活塞40的第一端點42近向之活塞40的體部周圍。磨耗帶或環46理想上是非金屬以與圓柱形殼體12的內部表面36構成介面並可由一托隆®(Torlon®)聚醯胺-醯亞胺製成。一對的活塞環48設置於活塞40的第一端點42周圍,且其亦與圓柱形殼體12的內部表面36構成介面。活塞環48理想上亦具有非金屬構造,諸如鐵氟龍®(Teflon®)(譬如PTFE),以形成與圓柱形殼體12的內部表面36之一概括流體緊密性密封。活塞40的體部係界定一軸向腔穴或凹部50以及一概括正交於軸向腔穴或凹部50之橫向腔穴或孔徑52。橫向孔徑52係支撐一肘銷54,肘銷54橫向地延伸經過活塞40的體部。肘銷54可為一實心肘銷,或如圖示的一圓柱形肘銷54。肘銷54藉由延伸至活塞40的第二端點44內之機械緊固件55在橫向孔徑52內被固持就位以接合肘銷54。提供肘銷54以與曲柄軸總成240所聯結的一連接桿構成介面或連結,如本文進一步描述。肘銷54可由諸如鋁等提供充分強度及熱轉移特徵的任何適當材料製成。
已知的肘銷總成概括係為實心軸肘銷,其中配合有一滾針軸承。這些肘銷被精密研磨並作為一用於滾針軸承之內軸承環。這些肘銷必須在其中心具有夠大足以承受彎折應力的橫剖面積,且其表面必須夠硬足以承受軸承的針滾子之負載。滾針軸承係需要高溫滑脂及高溫密封件以將滑脂圍堵於一軸承腔穴中。這些先前技藝的肘銷可滑動於滾針軸承內,且因此肘銷的端點必須以緊固件被緊固至活塞,並將位居肘銷端點與活塞肘銷孔徑之間的非金屬襯套予以吸震。
前述的肘銷54係藉由壓入配合在橫向孔徑52內的一對 乾潤滑劑襯套56所構成之一無油式總成而被支撐於橫向孔徑52中。乾潤滑劑襯套56典型地包含一具有一聚合物襯墊的金屬外殼。乾襯套通常是能夠以極少或毫無潤滑運轉且具有低摩擦係數之平凡的複合物襯套。乾襯套可包括聚合物乾襯套及合金襯套。此無油式總成係容許壓縮及吸力從肘銷54的一中心部分58傳輸至肘銷54的相對端點60、62,因此降低肘銷54的彎矩且容許肘銷54具有均質材料的均勻橫剖面而無額外組件藉此降低重量。乾潤滑劑襯墊56亦提供直接傳輸經過活塞40之軸承支撐,而非使負荷被直接傳輸經過與曲柄軸總成240相聯結的連接桿,如本文進一步描述。因此,壓縮所致的負荷係藉由較大軸承面積及較大軸承能力所支撐。此外,由於乾潤滑劑襯套56塗覆有PEEK材料或包含一PEEK襯墊,乾潤滑劑襯套56係自我潤滑。在操作中,自我潤滑的乾襯套56係潤滑在乾潤滑劑襯套56與肘銷54之間所產生的滑動接合部。因為壓縮負載從肘銷54的中心部分58移位至肘銷54的兩端點60、62,前述的乾潤滑劑襯套56及肘銷54不再需要先前技藝所需的一“厚”肘銷。由於肘銷54不必在其中心部分58承受彎折應力,肘銷54的表面不需夠硬以承受一滾針軸承的負載,如本文就曲柄軸總成240所描述。此外,不需要高溫滑脂及高溫密封件以將滑脂圍堵在一軸承腔穴中。並且,由於肘銷54被壓入配合於連接桿的箍環中,肘銷不能滑動於滾針軸承內。因此,肘銷54的端點60、62可自由浮動而無任何緊固件。亦免除了前述先前技藝肘銷中所需要的吸震非金屬襯套。這些特 徵亦出現在本文就第二活塞缸100所討論的肘銷中。
在操作中,活塞40係以經由曲柄軸總成240所產生的一往復運動而操作。壓縮機殼體170內的空氣係由於活塞40往下運動而經由空氣攝入線30及空氣入口埠28被抽入缸殼體12內,並在活塞40往上運動期間受到壓縮。與閥板22聯結的簧片閥具有一在活塞40往下運動期間開啟而將空氣從空氣攝入線30及空氣入口埠28抽入缸殼體12內、並在往上運動期間關閉之部分。並且,簧片閥(未圖示)具有另一在活塞40往下運動期間關閉且在活塞40往上運動中開啟之部分,藉此使缸殼體12中的空氣被壓縮且經由空氣出口埠32及空氣連接線34被引導至缸殼體12外並被饋送至與第二活塞缸100相聯結之本文所討論的空氣入口埠。
如前述,第二活塞缸100具有實質與第一活塞缸10相同的構造,如同此時在下文描述。第一活塞缸10概括大於第二活塞缸100並具有比第二活塞缸100整體更大的直徑。第二活塞缸100包含一圓柱形殼體112,圓柱形殼體112係具有一適以如本文所述被插入壓縮機殼體170中的一對應開口內之第一端點114、及一第二端點116。圓柱形殼體112係形成有一位居第一端點114近向以與壓縮機殼體170外部構成介面之凸緣118。散熱鰭片119可設置於圓柱形殼體112周圍,且圓柱形殼體112可由諸如鋁等提供充分強度及散熱特徵的任何適當材料形成。
一缸頭120被固接至圓柱形殼體112的第二端點116。缸頭120概括包含一閥板122及一空氣連接單元124,其中空氣 連接單元124經由機械緊固件126將閥板122固接在圓柱形殼體112的第二端點116上。一額外的機械緊固件127將閥板122固接至空氣連接單元124。空氣連接單元124包含一空氣入口埠128,空氣入口埠128係(直接或間接地)流體連接至從與第一活塞缸10的空氣連接單元24相聯結之空氣出口埠32延伸的空氣連接線34。如第1圖所示,一空氣歧管300係可設置成為從與第一活塞缸10的空氣連接單元24相聯結之空氣出口埠32延伸至第二活塞缸100的空氣連接單元上的空氣入口埠120之空氣連接線34中的一中間裝置。空氣連接單元124進一步包含一空氣出口埠132,空氣出口埠132經由一空氣連接線134連接至一諸如出口空氣歧管302等下游要件或裝備。此外,閥板122係包含一習見的簧片閥總成(未圖示)以准許空氣流經由空氣連接線34及空氣入口埠128進入圓柱形殼體112內並經由空氣出口埠132及空氣連接線134從圓柱形殼體112驅出,以將加壓空氣經由空氣連接線134提供至一諸如出口空氣歧管302等下游要件。空氣連接單元124及空氣連接線134可由諸如鋁等提供充分強度及熱轉移特徵的任何適當材料形成。圓柱形殼體112界定一內部表面136。
繼續參照第1至8圖,第二活塞缸100亦包含一可在圓柱形殼體112內往復操作之活塞140。活塞140係包含一第一端點142及一第二端點144。一或多個磨耗帶或環146係設置於活塞140的第一端點142近向之活塞140的體部周圍。磨耗帶或環146理想上是非金屬以與圓柱形殼體112的內部表面 136構成介面並可由一托隆®(Torlon®)聚醯胺-醯亞胺製成。一對的活塞環148設置於活塞140的第一端點142周圍,且其亦與圓柱形殼體112的內部表面136構成介面。活塞環148理想上亦具有非金屬構造,諸如鐵氟龍®(Teflon®)(譬如PTFE),以形成與圓柱形殼體112的內部表面136之一概括流體緊密性密封。活塞140的體部係界定一軸向腔穴或凹部150以及一概括正交於軸向腔穴或凹部150之橫向腔穴或孔徑152。橫向孔徑152係支撐一肘銷154,肘銷154橫向地延伸經過活塞140的體部。肘銷154可為一實心肘銷,或如圖示的一圓柱形肘銷154。肘銷154藉由延伸至活塞140的第二端點144內之機械緊固件155在橫向孔徑152內被固持就位以接合肘銷154。提供肘銷154以與曲柄軸總成240所聯結的一連接桿構成介面或連結,如本文進一步描述。肘銷154可由諸如鋁等提供充分強度及熱轉移特徵的任何適當材料製成。
利用一類似於肘銷54的方式,肘銷154亦藉由壓入配合在橫向孔徑152內的一對乾潤滑劑襯套156所構成之一無油式總成而被支撐於橫向孔徑152中。乾潤滑劑襯套156典型地包含一具有一聚合物襯墊的金屬外殼。此無油式總成係容許壓縮及吸力從肘銷154的一中心部分158傳輸至肘銷154的端點160、162,因此降低肘銷154的彎矩且容許肘銷154具有均質材料的均勻橫剖面而無額外組件藉此降低重量。乾潤滑劑襯墊156亦提供直接傳輸經過活塞140之軸承支撐,而非使負荷被直接傳輸經過連接桿。因此,壓縮所致的負荷係藉由較大軸承面積及較大軸承能力所支撐。此 外,由於乾潤滑劑襯套156塗覆有PEEK材料或包括一PEEK襯墊,乾潤滑劑襯套156係自我潤滑。在操作中,自我潤滑、乾潤滑的劑襯套156係潤滑在乾潤滑劑襯套156與肘銷154之間所產生的滑動接合部。先前就肘銷54所描述的不同優點同樣適用於肘銷154。
在操作中,活塞140係以經由曲柄軸總成240所產生的一往復運動而操作。空氣係由於活塞140往下運動而經由空氣連接線130及空氣入口埠128被抽入缸殼體112內,並在活塞140往上運動期間受到壓縮。與閥板122聯結的簧片閥總成(未圖示)係具有一在活塞140往下運動期間開啟而將空氣從空氣連接線130及空氣入口埠128抽入缸殼體112內、並在往上運動期間關閉之部分。並且,簧片閥(未圖示)係包含另一在活塞140往下運動期間關閉且在活塞140往上運動中開啟之部分,藉此使缸殼體112中的空氣被壓縮且經由空氣連接線134被引導至缸殼體112外並經由空氣連接線134被饋送至一諸如出口空氣歧管302等下游要件。
額外參照第9圖,壓縮機殼體或曲柄箱170理想上係為一包含至少一第一殼體部分172及一第二殼體部分174之複合結構。第一及第二殼體部分172、174各為概呈矩形結構,其適以被接合在一起以形成整體壓縮機殼體170。對於此目的來說,第一及第二殼體部分172、174係具有適以利用諸如螺栓及螺帽組合等習見機械緊固件177被接合在一起之各別側向凸緣176、178。定位襯套179可設置於側向凸緣176、178上以妥當地對準側向凸緣176、178中的對應開口 以接受機械緊固件177。第一殼體部分172係界定一開口180,開口180的尺寸可接受第一活塞缸10的圓柱形殼體12之第一端點14。類似地,第二殼體部分174係界定一開口182,開口182的尺寸可接受第二活塞缸100的圓柱形殼體112之第一端點114。安裝元件184可被熔接或以其他方式被固接在各別開口180、182周圍的區位。安裝元件184可身為適以接合第一及第二活塞缸10、100的圓柱形殼體12、112上之各別凸緣18、118中的開口(未圖示)之安裝釘或螺栓,以利用習見的螺帽或類似的緊固組件將活塞缸10、100在開口180、182內固接就位。
如第9圖所示,第一殼體部分172進一步包含相對的側向壁186。空氣攝入線30係被置於與一空氣攝入埠或開口188呈流體導通並可被界定於相對側向壁186的一者中之第一殼體部分172中且經由機械緊固件被固接至第一殼體部分172的側向壁186以將第一活塞缸10置於與壓縮機殼體170內部呈流體導通。一替代方式中,空氣攝入埠或開口188可設置於用以支撐第一活塞缸10之第一殼體部分170的相同壁中,且此修改亦顯示於第2至3圖及第6圖的剖視圖。第9圖顯示對於空氣攝入埠188的兩區位,且當未使用時,未使用的空氣攝入埠188被一覆蓋板189所覆蓋。第二殼體部分174進一步包括一用於概括對於經組裝的壓縮機殼體170內部提供空氣攝入之空氣攝入埠190。空氣攝入埠190係可適以與一空氣入口線192構成介面或連接,空氣入口線192被連接至一用於過濾進入壓縮機殼體170的空氣之過濾裝 備304,如第1圖所示。
第一殼體部分172及第二殼體部分174當如前述般組裝時係形成壓縮機殼體170。當第一活塞缸10及第二活塞缸100被固接在第一殼體部分172及第二殼體部分174中的各別開口180、182中時,各別的第一及第二活塞缸10、100係從壓縮機殼體170的相對縱向壁194往外延伸。壓縮機殼體170的兩端壁196係由第一及第二殼體部分172、174的總成所界定,且這些端壁196係界定壓縮機殼體170中的各別軸向開口198、200。
綜言之,壓縮機殼體170如同描繪般藉由被組裝在一起且機械加工成一體之殼體部分172、174所形成的至少兩個分離“半部”構成。兩個半部係藉由定位襯套179相對於彼此被定位並藉由機械緊固件177被固持在一起。譬如,分開的壓縮機殼體170之優點係與製造及組裝成本相關。因為壓縮機殼體170位於至少兩個主要部份中,鑄造壓縮機殼體170所需要的模具設定可能較少,且因此有較多工廠能夠製造此組件。此製造優點係可導致比起需要重大模具設定及設備以供鑄造的大型一件式殼體而言之成本節省。如該技藝所習知,因為曲柄軸必須在置入曲柄箱內之前作組裝,單件式壓縮機曲柄箱必須為大型,且曲柄箱中必須設置有一夠大足以容許經組裝的曲柄軸穿過之開口。將一經組裝的曲柄軸裝設通過恰夠大足以容納曲柄軸之一單件式曲柄箱中的一開口係耗時且困難。典型地,曲柄軸係必須被小心螺入曲柄箱內,同時持續地重新定位連接桿以免接觸到曲柄箱內側。一單件式曲柄軸可重達80磅以上並很難將其搬動。目前揭露的壓縮機殼體170係在將至少兩殼體部分172、174置於曲柄軸總成240任一側上且作固接之時容許曲柄軸總成240被組裝及保持靜態。此組裝步驟不再像先前技藝般需要操縱一沉重的曲柄軸。藉由提供一複合壓縮機殼體170,整體來說,壓縮機殼體170可製成較小、較輕、較易鑄造及機械加工、且較易組裝。用於形成壓縮機殼體170之第一及第二殼體部分172、174可由諸如鋁等提供充分強度及散熱特徵的任何適當材料形成。
壓縮機殼體170中的第一軸向開口198係支撐一第一曲柄軸安裝元件202,其概括包圍第一軸向開口198且經由機械緊固件203被支撐至壓縮機殼體170的端壁196。第一曲柄軸安裝元件202係包含一環狀部分204,環狀部分204係被座接在第一殼體部分172及第二殼體部分174的總成所形成之一接收環狀部分206內。第一曲柄軸安裝元件202的環狀部分204係支撐一第一主曲柄軸軸承208,第一主曲柄軸軸承208轉而支撐曲柄軸總成240的一端點。第一主曲柄軸軸承208係藉由一適以座接抵住曲柄軸總成240之第一軸密封件210、及一內部地配置於第一曲柄軸安裝元件202的環狀部分204內之第二軸密封件212被密封就位。第一曲柄軸安裝元件202亦支撐一用於與一諸如驅動馬達306等驅動組件相聯結地安裝空氣壓縮機2之外部安裝籠214。
壓縮機殼體170中的第二軸向開口200係支撐一第二曲柄軸安裝元件222,其概括包圍第二軸向開口200且經由機械緊固件223被支撐至壓縮機殼體170的相對端壁196。第二曲柄軸安裝元件222係包含一環狀部分224,環狀部分224係被座接在由第一殼體部分172及第二殼體部分174的總成所界定之一接收環狀部分226內。第二曲柄軸安裝元件222的環狀部分224係支撐一第二主曲柄軸軸承228,第二主曲柄軸軸承228轉而支撐曲柄軸總成240的另一端點。第二主曲柄軸軸承228係藉由一適以座接抵住曲柄軸總成240之第一軸密封件230、及一內部地配置於第二曲柄軸安裝元件222的環狀部分224內之第二軸密封件232被密封就位。各別的第一及第二曲柄軸安裝元件202、222係支撐曲柄軸總成240的相對端點並包圍由用以形成壓縮機殼體170之第一及第二殼體部分172、174的總成所界定之第一及第二軸向開口198、200。如第1至4圖及第9圖所示,第一及第二殼體部分172、174係界定數個額外的開口234用以提供近接至壓縮機殼體170內部或用以提供對於壓縮機殼體170的額外空氣搬運導管之其他連接點。這些額外開口234可覆蓋有額外覆蓋件236,額外覆蓋件236經由適當機械緊固件被固接至壓縮機殼體170。
請額外參照第10至12圖,曲柄軸總成240係為概括由一曲柄軸中心段242及兩曲柄軸端段244、246所構成之一複合總成。第一曲柄軸端段244係由第一曲柄軸安裝元件202中的第一主曲柄軸軸承208所支撐。如前述,第一曲柄軸安裝元件202係支撐用於與一諸如第1圖所示的驅動馬達306等驅動組件相聯結地安裝空氣壓縮機2之外部安裝籠214。因此,第一曲柄軸端段244係被定位成與一驅動馬達構成介面以將旋轉動作傳遞至曲柄軸總成240。相對的曲柄軸端段246係由第二曲柄軸安裝元件222中的第二主曲柄軸軸承228所支撐,且此端段246被定位成與空氣壓縮機2所聯結的一冷卻空氣風扇308構成介面。曲柄軸中心段242的相對端點248係藉由一壓入配合連接及類似的連接被固接於曲柄軸端段244、246的各別腔穴250內。
如第10至11圖所示,曲柄軸總成240係包括至少兩連接桿252、254,至少兩連接桿252、254分別連結至第一及第二活塞缸10、100的活塞40、140。連接桿252、254各包含一第一圓形端凸緣256,藉由被壓入配合至與曲柄軸中心段242各別端點248相鄰地界定的各別周緣凹部260內之各別球形滾子軸承258將第一圓形端凸緣256支撐在曲柄軸中心段242上。球形滾子軸承258藉由各別經壓入配合的曲柄軸端段244、246而在凹部260中被固持就位。請簡單參照第12圖,上文討論雖然有關於一具有由第一及第二活塞缸10、100所提供的兩個壓縮活塞-缸之空氣壓縮機2,空氣壓縮機2中可包括額外的活塞-缸。第12圖顯示若將一或多個額外活塞缸(未圖示)添加至空氣壓縮機2,一額外的連接桿262可與連接桿254相鄰地被安裝在曲柄軸中心段242上,以提供用於操作額外活塞缸(未圖示)的機動力。亦可使用預定長度的間隔件264以如同此實施例所需要般將各別連接桿252、254、262安裝至曲柄軸中心段242。
連接桿252、254各包含一第二圓形端凸緣266,第二圓形端凸緣266係藉由各別滾針軸承268而與活塞40、140相聯結地被支撐在各別肘銷54、154上。軸密封件270係設置於各球形滾子軸承258任一側上之外以及曲柄軸中心段242周圍以密封球形滾子軸承258。同樣地,軸密封件272係設置於各球形滾針軸承268任一側上之外以及各別肘銷54、154周圍以密封滾針軸承268。並且,如第11圖的剖視圖所示,曲柄軸中心段242係概括包含由終止於端點248中的兩相對軸部分或臂段274、276所界定之一偏移構造。各別內部通道278、280係被界定於各以一插塞282所密封之軸臂段274、276中。曲柄軸中心段242、端段244、246及連接桿252、254、262可由諸如鋼等提供充分強度的任何適當材料形成。
可使用多件式曲柄軸總成240取代大型且沉重的單件式曲柄軸。此單件式曲柄軸係由需要昂貴模具設定的大型機具所鑄造或鍛造。此外,需要特殊機器以機械加工及平衡一單件式曲柄軸。藉由一單件式曲柄軸,用於連接桿的軸承必須設定尺寸使其可裝設在單件式曲柄軸上,時常位在用於曲柄軸主軸承之軸承座位上方。這表示用於連接桿的軸承必須比所需者更大,故增添更大的重量與體積。並且,此先前技藝配置係需要添加會變鬆且造成壓縮機失效之螺栓式配重。
上述的多件式曲柄軸總成240係藉由一相對較小且可由一鑄造或鍛造而製成的曲柄軸中心段242構成。兩曲柄軸端段244、246亦含有身為整體性部份且不需緊固件之配重。上述組件係夠小而不用大型設備即可鑄造或鍛造。因此,亦不需要專用的曲柄軸製造設備。由於與連接桿252、254、262相聯結的球形滾子軸承258不必像單件式曲柄軸情形般通過曲柄軸主軸承座位上方或曲柄軸彎折部上方,其可以活塞40、140的負載為基礎設定尺寸,且因此可能較小。
曲柄軸中心段242可以預定應用為基礎設計成具有妥當的擺度(throw),包括一具有相同擺度及適當端配重段244的馬達端軸臂段274及一具有相同擺度及適當端配重段246的風扇端軸臂段276。亦可使用間隔件264來固持球形滾子軸承258且將其置於一多連接桿配置中的妥當區位中,如第12圖所示。提供曲柄軸中心段242以藉由將球形滾子軸承258固接在妥當區位來固持連接桿252、254、262。如前述,對於不只兩個活塞缸的空氣壓縮機2而言,間隔件264藉由加壓在用於各軸承258的內軸承環上而將相聯結的球形滾子軸承258固持就位。亦提供曲柄軸中心段242使得相對端點248壓入配合至曲柄軸端段244、246中的各別腔穴250內。如第12圖所示,在一多連接桿配置中,兩曲柄軸端段244、246係含有曲柄軸中心段242並加壓在球形滾子軸承258的內軸承環上、或間隔件264上,間隔件264加壓在球形滾子軸承258的內軸承環上。因為曲柄軸端段244、246或間隔件264係足以固持內軸承環以免旋動,球形滾子軸承258及曲柄軸中心段242之間的介面不必是壓入配合介面。為了能夠易於拆解曲柄軸總成240以在翻修時更換連接桿軸承268,孔可被鑽入曲柄軸中心段242內與內部通道278、280交會並被界定於軸臂段274、276中,故可附接一液壓泵以從中心段242推離兩曲柄軸端段244、246。
並且,如第13圖所示,在另一實施例中,曲柄軸中心段242包含由終止於端點248中的兩相對及分離軸部分或臂段274、276所界定之一偏移構造。第13圖未顯示但可身為前述第11圖所示形式之各別內部通道278、280係可被界定於軸臂段274、276中並以各別插塞282作密封。第13圖中的曲柄軸中心段242係界定一對通孔292以接受各別軸部分或臂段274、276的對接端點298。多組件式曲柄軸中心段242可易於取代前述的單一或單元性曲柄軸中心段242使用。多組件式曲柄軸中心段242係利於更容易製造。對接端點298可經由機械緊固或摩擦配合方法及機械技藝習知的類似方法被固接在通孔292中。
上文描述中雖提供一用於軌道載具的無油式空氣壓縮機之實施例,熟習該技術者瞭解可對於這些實施例作出修改及更改而不脫離本發明的精神與範圍。為此,上文描述預定是示範性而非限制性。上文描述的發明係由申請專利範圍所界定,且落在申請專利範圍的意義與均等物內之發明的所有變化皆被其範圍所涵蓋。
2...多缸空氣壓縮機
10...第一活塞-缸
12,112...圓柱形殼體
14...圓柱形殼體12的第一端點
16...圓柱形殼體12的第二端點
18,118...凸緣
19...散熱鰭片
20,120...缸頭
22,122...閥板
24,124...空氣連接單元
26,27,55,126,127,155,177,203,223...機械緊固件
28,128...空氣入口埠
30...空氣攝入線
32,132...空氣出口埠
34,134...空氣連接線
36...圓柱形殼體12的內部表面
40,140...活塞
42...活塞40的第一端點
44...活塞40的第二端點
46,146...磨耗帶或環
48,148...活塞環
50,150...軸向腔穴或凹部
52,152...橫向腔穴或孔徑
54,154...肘銷
56,156...乾潤滑劑襯套
58...肘銷54的中心部分
60,62...肘銷54的相對端點
100...第二活塞-缸
114...圓柱形殼體112的第一端點
116...圓柱形殼體112的第二端點
119...散熱鰭片
136...圓柱形殼體112的內部表面
142...活塞140的第一端點
144...活塞140的第二端點
158...肘銷154的中心部分
160,162...肘銷154的端點
170...壓縮機殼體
172...第一殼體部分
174...第二殼體部分
176,178...側向凸緣
179...定位襯套
180,182...開口
184...安裝元件
186...側向壁
188...空氣攝入埠或開口
189...覆蓋板
190...空氣攝入埠
192...空氣入口線
194...壓縮機殼體170的相對縱向壁
196...壓縮機殼體170的端壁
198...第一軸向開口
200...第二軸向開口
202...第一曲柄軸安裝元件
204,224...環狀部分
206,226...接收環狀部分
208...第一主曲柄軸軸承
210,230‧‧‧第一軸密封件
212,232‧‧‧第二軸密封件
214‧‧‧外部安裝籠
222‧‧‧第二曲柄軸安裝元件
228‧‧‧第二主曲柄軸軸承
234‧‧‧額外開口
236‧‧‧額外覆蓋件
240‧‧‧多件式曲柄軸總成
242‧‧‧曲柄軸中心段
244,246‧‧‧曲柄軸端段
248‧‧‧曲柄軸中心段242的相對端點
250‧‧‧腔穴
252,254,262‧‧‧連接桿
256‧‧‧第一圓形端凸緣
258‧‧‧球形滾子軸承
260‧‧‧周緣凹部
264‧‧‧間隔件
266‧‧‧第二圓形端凸緣
268‧‧‧滾針軸承
270,272‧‧‧軸密封件
274‧‧‧馬達端軸臂段
276‧‧‧風扇端軸臂段
278,280‧‧‧內部通道
282‧‧‧插塞
292‧‧‧通孔
298‧‧‧對接端點
300‧‧‧空氣歧管
302‧‧‧出口空氣歧管
304‧‧‧過濾裝備
306‧‧‧驅動馬達
308‧‧‧冷卻空氣風扇
第1圖是連同一驅動馬達及冷卻風扇所顯示之一用於軌道載具的無油式空氣壓縮機之立體圖;
第2圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之第一立體及隔離圖;
第3圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之第二立體及隔離圖;
第4圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之第三立體及隔離圖;
第5圖是第4圖中沿著線5-5所取之剖視圖;
第6圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之縱剖視圖;
第7圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之一活塞的分解立體及隔離圖;
第8圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之一經組裝活塞的剖視圖;
第9圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之一多組件式壓縮機殼體的分解立體圖;
第10圖是第1圖所示的無油式空氣壓縮機之一多組件式曲柄軸總成的立體圖;
第11圖是第10圖的多組件式曲柄軸總成之縱剖視圖;
第12圖是用於第1圖所示的無油式空氣壓縮機的三缸實施例之多組件式曲柄軸總成的另一實施例之分解立體圖;
第13圖是根據另一實施例之多組件式曲柄軸的剖視圖。
2...多缸空氣壓縮機
10...第一活塞-缸
12,112...圓柱形殼體
20,120...缸頭
32,132...空氣出口埠
34,134...空氣連接線
100...第二活塞-缸
128...空氣入口埠
170...壓縮機殼體
172...第一殼體部分
174...第二殼體部分
177...機械緊固件
190...空氣攝入埠
192...空氣入口線
300...空氣歧管
302...出口空氣歧管
304...過濾裝備
306...驅動馬達
308...冷卻空氣風扇

Claims (16)

  1. 一種用於軌道載具之無油式壓縮機,包含:一壓縮機殼體,其包含至少一第一殼體部分及一第二殼體部分;一第一活塞缸,其被支撐於該壓縮機殼體中的一第一開口中;一第二活塞缸,其被支撐於該壓縮機殼體中的一第二開口中且流體連接至該第一活塞缸;及一多件式曲柄軸總成,其由該壓縮機殼體所支撐且藉由各別連接桿被連結至該第一及第二活塞缸的活塞;其中該曲柄軸總成包含一具有兩個相對且向外突出之端點的曲柄軸中心段,並且該等連接桿經由各別軸承可轉動地安裝在該曲柄軸中心段,其中該中心段及該等相對且向外突出之端點係形成為一單一單元,且其中各一端段可容納該曲柄軸中心段中一相對應的相對且向外突出之端點。
  2. 如申請專利範圍第1項之無油式壓縮機,其中該第一殼體部分及該第二殼體部分係形成該壓縮機殼體的各別半部並可以機械緊固件被固接在一起。
  3. 如申請專利範圍第1項之無油式壓縮機,其中該第一活塞缸大於該第二活塞缸。
  4. 如申請專利範圍第1項之無油式壓縮機,其中該等端段含有一體形成的配重。
  5. 如申請專利範圍第1項之無油式壓縮機,其中該曲柄軸 中心段的該等相對且向外突出之端點係被固接在該等端段中的各別腔穴內。
  6. 如申請專利範圍第1項之無油式壓縮機,其中該曲柄軸中心段係包含與一第二臂段呈偏移之一第一臂段,且該等臂段的各者係界定一用於接收與該等各別連接桿相聯結的軸承之周緣凹部。
  7. 如申請專利範圍第6項之無油式壓縮機,其中該等端段被安裝至該曲柄軸中心段以固接與該等各別連接桿相聯結的該等軸承。
  8. 一種用於軌道載具之無油式壓縮機,包含:一多件式壓縮機殼體;一第一活塞缸,其被支撐於該壓縮機殼體中的一第一開口中;一第二活塞缸,其被支撐於該壓縮機殼體中的一第二開口中且流體連接至該第一活塞缸;及一多件式曲柄軸總成,其由該壓縮機殼體所支撐且藉由各別連接桿被連結至該第一及第二活塞缸的活塞,其中該等連接桿係連接至與該等活塞各者相聯結的一肘銷,且該等肘銷分別由一乾潤滑劑襯套支撐至該相聯結的活塞;及其中該曲柄軸總成包含一具有兩個相對且向外突出之端點的曲柄軸中心段,並且該等連接桿經由各別軸承可轉動地安裝在該曲柄軸中心段;其中該中心段及該等相對且向外突出之端點係形成為一單一單元,且其中 各一端段可容納該曲柄軸中心段中一相對應的相對且向外突出之端點。
  9. 如申請專利範圍第8項之無油式壓縮機,其中該壓縮機殼體包含至少一第一殼體部分及一第二殼體部分。
  10. 如申請專利範圍第9項之無油式壓縮機,其中該第一殼體部分及該第二殼體部分係形成該壓縮機殼體的各別半部且可以機械緊固件被固接在一起。
  11. 如申請專利範圍第8項之無油式壓縮機,其中該第一活塞缸大於該第二活塞缸。
  12. 如申請專利範圍第8項之無油式壓縮機,其中該等端段含有一體形成的配重。
  13. 如申請專利範圍第8項之無油式壓縮機,其中該曲柄軸中心段的相對且向外突出之端點係被固接在該等端段中的各別腔穴內。
  14. 如申請專利範圍第8項之無油式壓縮機,其中該曲柄軸中心段包含與一第二臂段呈偏移之一第一臂段,且該等臂段的各者係界定一用於接收與該等各別連接桿相聯結的軸承之周緣凹部。
  15. 如申請專利範圍第14項之無油式壓縮機,其中該等端段被安裝至該曲柄軸中心段以固接與該等各別連接桿相聯結的該軸承。
  16. 如申請專利範圍第8項之無油式壓縮機,其中該乾潤滑劑襯套包含一聚醚醚酮(polyether ether ketone,即PEEK)襯墊。
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